Development of Sustainable Circulating Polymer from Lignin Derived Molecules

• Project/Area Number: 23K23389
• Project/Area Number (Other): 22H02121 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 齋藤 敬 京都大学, 総合生存学館, 教授 (00386640)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2022: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
• Keywords: 循環型材料 / グリーンケミストリー / リグニン / 可逆高分子 / バイオマス / エコマテリアル / 循環型高分子 / 環境調和高分子

Outline of Research at the Start

リサイクル性の高いダイナミックポリマー(可逆高分子)を循環型材料の観点から最適化するため、本研究では、自然界由来のバイオマス、特にリグニン由来物質を用いて、光可逆ダイナミックポリマーを創成する。本研究は現在その利便性の高さから多く使用されているが、環境の面から憂慮されている高分子材料を排除する形ではなく、進化させることで脱炭素・循環型社会の一角を担う形へと昇華させるものである。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、自然界由来のバイオマスを用いて、リサイクル性の高いダイナミックポリマー(可逆高分子)を創成する事を目的とする。その目的達成のため、以下の3つを推進する。１．単量体を食料ではないバイオマス由来材料から合成する。２．ポリマーの合成に、自在分解可能な光可逆反応を採用する。３．ダイナミックポリマーのガラス転移温度(Tg)と機能特性の相関理解から、自己修復材料および再利用可能な接着剤へと応用する。
昨年度リグニン由来物質を用いたダイナミックポリマーから接着剤を創成し、学術論文として報告した。そこで二年目の本年は、昨年度合成したリグニン由来物質を用いたダイナミックポリマーを他の用途に応用するため、まずは合成のスケールアップ実験を実施し、必要な量のダイナミックポリマーを確保した。
次にリグニン由来物質を用いたダイナミックポリマーが、溶媒分離用の膜として使用できないかの基礎実験を実施した。架橋した高分子は溶媒に不溶となり、また架橋度の違いによりガラス転移温度を変化させることができるため、各種溶媒の透過率が変化することを確かめた。
またリグニン以外のバイオマスとして大豆油を選択、大豆油由来のダイナミックポリマーを合成、物性を示差走査熱量測定装置、熱重量分析、静的引張試験機等で評価し、リグニン由来物質を用いたダイナミックポリマー同様、接着剤として使用できることを見出した。こちらも学術論文として報告した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

既に当初の目的の一つであった、リグニン由来物質を用いたダイナミックポリマーからの接着剤創成は達成している。

Strategy for Future Research Activity

今後は、リグニン由来物質を用いたダイナミックポリマーを他の用途に展開していく。特に国際共同研究として、溶媒分離まく、有機溶媒用の濾紙としての展開を進めていく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Monash University(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] AgroParisTech(フランス)
• [Int'l Joint Research] Monash University(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] AgroParisTech(フランス)
• [Journal Article] Eco-Friendly Photoreversible Adhesives Derived from Coumarin-Functionalized Epoxy Soybean Oil (2023)
  • Author(s): Boga Karteek、Patti Antonio F.、Warner John C.、Simon George P.、Saito Kei
  • Journal Title: ACS Applied Polymer Materials Volume: 5 Issue: 7 Pages: 4644-4653
  • DOI: 10.1021/acsapm.3c00091
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In situ fabrication of photo-responsive PVA composites enabled by doping with coumarin-derived nanoparticles (2023)
  • Author(s): Boga Karteek、Patti Antonio F.、Warner John C.、Simon George P.、Saito Kei
  • Journal Title: Composites Communications Volume: 44 Pages: 101740-101740
  • DOI: 10.1016/j.coco.2023.101740
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Photo-responsive lignin fragment-based polymers as switchable adhesives (2023)
  • Author(s): Sinha Roy Pallabi、Mention Matthieu M.、Patti Antonio F.、Garnier Gil、Allais Florent、Saito Kei
  • Journal Title: Polymer Chemistry Volume: 14 Issue: 8 Pages: 913-924
  • DOI: 10.1039/d2py01474b
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Bio-based Self-healing Polymers as Sustainable Materials (2023)
  • Author(s): Kei Saito
  • Organizer: 1st Australian Conference on Green and Sustainable Chemistry & Engineering
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Self-healing polymers from biobased compounds (2023)
  • Author(s): Kei Saito
  • Organizer: 8th Asia-Oceania Conference on Green and Sustainable Chemistry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Green and Sustainable Polymers; Reusable adhesives and self-healing coatings from renewable resources (2023)
  • Author(s): Kei Saito
  • Organizer: 2nd Monash University-Kyoto University Joint Symposium on Polymer Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 循環型なサーキュラーマテリアルとしての接着剤 (2023)
  • Author(s): 齋藤敬
  • Organizer: 2023年度関西接着ワークショップ 第4回研究会
• [Presentation] Dynamic polymers using photo-cycloaddtion reactions and their application (2023)
  • Author(s): Kei Saito
  • Organizer: ACS Spring
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Green Polymeric Materials: Photodegradable Polymers to Lignin Based Polymers (2022)
  • Author(s): Kei Saito
  • Organizer: The Materials Research Society (MRS) Spring Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 環境調和高分子の合成 (2022)
  • Author(s): 齋藤敬
  • Organizer: 第11回JACI/GSCシンポジウム
• [Presentation] Green Polymers: Photodegradable Polymers to Lignin Based Polymers (2022)
  • Author(s): Kei Saito
  • Organizer: KIPS International Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 光による安定化・分解を利用した循環型材料の開発 (2022)
  • Author(s): 齋藤敬
  • Organizer: 高分子若手研究会 秋の講演会
  • Invited
• [Presentation] Research in Green Chemistry and Circular Economy (2022)
  • Author(s): Kei Saito
  • Organizer: 5th G’L’owing Polymer Symposium in KANTO
  • Invited
• [Remarks] 教育研究活動データベース
  • URL: https://kdb.iimc.kyoto-u.ac.jp/profile_private/ja.e18610b161357d1b.html
• [Remarks] 京都大学 齋藤研究室
  • URL: https://www.saitolab.gsais.kyoto-u.ac.jp/